Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Wasserstofftechnologien
Wasserstoff wird als der Energieträger des 21. Jahrhunderts gehandelt und bietet hohe Flexibilität in diversen Anwendungsgebieten. Wasserstoff hat die höchste theoretische Energiedichte, kann aus Strom, Biomasse oder fossilen Ressourcen erzeugt werden und kann in eine Vielzahl von Produkten umgewandelt werden. Somit kann dieser Energieträger die intersektorale Verknüpfung der Wirtschaft ermöglichen. Damit Wasserstoff nachhaltig genutzt werden kann, muss die Erzeugung aus »grünem« Strom oder nachhaltiger Biomasse (z.B. Rest- und Abfallstoffe) angestrebt werden. Hierfür werden Elektrolyseure und Bioenergieanlagen im Gigawattmaßstab benötigt. Entsprechend ist für die Rückverstromung z.B. in mobilen Anwendungen die Brennstoffzelle eine zentrale Technologie. Um in Zukunft genügend Systeme zu kostengünstigen Preisen anbieten zu können, muss eine automatisierte Produktion der Kernkomponente und aller dazugehöriger Bauteile erfolgen.
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA bietet ein weites Spektrum an Dienstleistungen und Forschungsbereichen an, um die neusten Erkenntnisse der Forschung, auf die Fragestellungen der Industrie zu übertragen.
Leistungen und Kompetenzen
Unser Dienstleistungsportfolio umfasst die Beratung sowie Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in folgenden Bereichen:
Biologische Wasserstofferzeugung
Das Fraunhofer IPA entwickelt und analysiert Technologien, mit denen aus Rest- und Abfallstoffen Wasserstoff produziert werden kann. Diese Technologien bieten in Verbindung mit Carbon Capture and Storage (CCS) oder Carbon Capture and Use (CCU) die Möglichkeit, einen negativen CO2-Fußabdruck zu erreichen. Das zugehörige Technologiekonzept HyBECCS (hydrogen Bioenergy with Carbon Capture and Storage) wird in mehreren Projekten weiterentwickelt und implementiert. Wir unterstützen Sie beim Transfer des HyBECCS Technologiekonzepts mit individuellen Machbarkeits- und Potenzialanalysen, Simulationen, Demonstratoren und Wirtschaftlichkeitsberechnungen.
- Auswahl und Konzeptionierung von HyBECCS-Prozessen und -Anlagen im industriellen Umfeld
- Ermittlung von Machbarkeit und Potenzialen
- Aufbau von Demonstratoren und Pilotanlagen
- Biotechnologische Weiterentwicklung von HyBECCS-Verfahren
- Digitale Zwillinge für biointelligente HyBECCS-Technologien
- Auswahl und Konzeptionierung von HyBECCS-Prozessen und -Anlagen im industriellen Umfeld
Produktionsplanung und Automatisierung
Im Bereich Wasserstoff unterstützen wir Sie in von der Planung und Auslegung von Fertigungs- und Montagesystemen, Fabrik- und Logistikplanung, Supply Chain Management bis hin zur Planung von relevanten Reinigungsprozessen. Unsere Referenzen reichen von der Elektrolyseur- und Brennstoffzellfertigung bis hin zu Peripheriekomponenten, wie Speichersystemen oder Flachmembranbefeuchtern.
- Fertigungsprozesse
- Auswahl und Erprobung von möglichen Fertigungstechnologien im Rahmen von Technologiestudien
- Sensorbasierte Produktionsdatenaufnahme und Qualitätssicherung
- Modellbasierte Verknüpfung von Fertigungsparametern und Produktperformance
- Unterstützung bei dem Thema Design for Manufacturing/Fertigungsgerechte Produktgestaltung
- Roboterbasierte Handhabung von Komponenten und Bauteilqualifizierung
- Planung geeigneter Fertigungs- und Montagesysteme mit Schwerpunkt Stückzahlenskalierung inklusive Auswahl geeigneter Reinigungsprozesse
- Fabrik- und Logistikplanung für neue Standorte
- Unterstützung bei den Themen Produktionsplanung und Steuerung sowie Supply Chain Management
Digitalisierung und KI
Unser Leistungsangebot umfasst die Digitalisierung von Produktionsprozessen durch eine durchgängige Vernetzung, Virtualisierung und Bereitstellung von Diensten für die Elektrolyseur- und Brennstoffzellenproduktion. Durch diese Maßnahmen streben wir eine Effizienzsteigerung Ihrer Produktion an und ermöglichen Ihnen eine optimierte Nutzung domänenspezifischer Anwendungsfälle.
- Auswahl von IT-Plattformen für die Produktion (Brownfield & Greenfield)
- IoT-Plattform
- MES-/MOM-Lösungen
- Aufbau des digitalen Zwillings für die Produktion auf Basis der Verwaltungsschale
- Anlagen und weitere Produktionsressourcen
- Fabrikübergreifend
- Spezifische Produkte (Elektrolyseur / Brennstoffzelle)
- Datengetriebene Dienste für die Elektrolyseur- und Brennstoffzellenproduktion
- z.B. Tracking & Tracing
- QM-Dienste (u.a. Bewertungsdienste für Korrelation zwischen Fehlerauftreten und Produkteigenschaften)
- Elektrochemische Modellierung von Wasserstofftechnologien
- Alterungsprädiktion (accelerated aging)
- Anwendungsspezifische Betriebsoptimierung
- Performanceprädiktion
- Auswahl von IT-Plattformen für die Produktion (Brownfield & Greenfield)
Wasserstoff in industriellen Anwendungen
Im Bereich Wasserstoff bieten wir eine umfassende Beratung und Unterstützung für die industrielle Anwendung von Wasserstoff als Energieträger. Unser Fokus liegt auf der Entwicklung neuer Energieversorgungskonzepte, der Integration von Wasserstoff in bestehende Energieversorgungskonzepte und der Transformation bestehender Energieversorgungssysteme. Wir berücksichtigen dabei nicht nur die Vorteile wie höhere Energieeffizienz, niedrigere Emissionen und Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen, sondern auch die spezifischen Kosten für eine Wasserstoff-basierte Energieversorgung. Darüber hinaus beraten wir Sie techno-ökonomisch bei der Auswahl geeigneter Technologien für Standorte und spezifische Industrieprozesse sowie bei Unterstützung bei der Modellierung von Wasserstofftechnologien zur Weiterentwicklung von Herstelleranlagen.
- Planung von Energiesystemen mit Integration von Wasserstoff-Technologien entsprechend Ihrer individuellen Bedürfnisse
- Beratung zur Auswahl der am besten geeigneten Technologien für Ihren Standort und spezifischen Industrieprozess
- Auslegung und Dimensionierung des Anlagenverbunds
- Entwicklung von kundenspezifischen Steuer- und Regelkonzepten sowie deren Implementation
- Integration von Wasserstoff in bestehende Energieversorgungssysteme, um effizientere und umweltfreundlichere Lösungen zu ermöglichen
- Transformation bestehender Energieversorgungssysteme für den Einsatz von Wasserstoff als Energieträger
- Unterstützung bei der Entwicklung von wasserstofffähigen Anlagen durch präzise numerische Simulationen und Modellierungen, um die Leistung und Effizienz Ihrer Anlagen zu optimieren